Comment les bactéries modifient-elles le comportement des drosophiles ?
Publié par Adrien le 05/11/2019 à 10:00
Source: CNRS INSB
Confrontés aux microorganismes qui partagent leur environnement, les eucaryotes disposent de mécanismes pour les contenir. Lorsque cette barrière immunitaire est franchie et que l'animal est infecté, d'autres processus biologiques sont déclenchés qui limitent les conséquences de l'infection. Dans une étude publiée dans la revue eLife, les chercheurs montrent que des femelles drosophiles infectées par des bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le...) pondent moins d'oeufs que les femelles saines. Ils apportent la preuve que cette adaptation comportementale est due à la détection directe d'un composé universel présent dans la paroi bactérienne (La paroi bactérienne est un élément de la structure bactérienne présent chez toutes les bactéries (sauf les Mycoplasmes) : elle leur confère notamment leur forme.), appelé peptidoglycane (Le peptidoglycane (ou muréine, ou mucocomplexe, ou mucopeptide) est un polymère de glycosaminopeptide où la N-acétylglucosamine (NAG) et l'acide N-acétylmuramique (NAM) sont liés par des liaisons osidiques . Le...), par seulement quelques neurones présents dans le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité volontaire, et...) des mouches.

Quiconque a été victime d'une infection virale ou bactérienne connaît les effets secondaires qui se traduisent par une perte de l'appétit (L'appétit est le désir de manger. L'appétit existe dans les formes de vies les plus évoluées pour réguler la quantité d'énergie à apporter pour les besoins du métabolisme.), un sommeil (Le sommeil est un état naturel récurrent de perte de conscience (mais sans perte de la réception sensitive) du monde extérieur, accompagnée d'une diminution...) fragmenté et, dans les cas extrêmes, un état dépressif. Si ces "effets secondaires" qui reflètent l'impact des microorganismes sur le système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des nerfs, de l'encéphale, de la moelle épinière, etc. Il coordonne...) de l'hôte ont été clairement établis, la nature des molécules microbiennes vecteurs de l'effet et l'identité précise des neurones ciblés demeurent, dans la plupart des cas, inconnus.


Figure: (À gauche): En l'absence d'infection, les drosophiles femelles fécondées pondent des oeufs. (À droite): Lors d'une infection, les bactéries qui prolifèrent produisent dans le milieu extracellulaire des fragments de peptidoglycane, un composant de leur paroi. Par des mécanismes inconnus, ce composé de la paroi bactérienne pénètre dans le cerveau. Sa détection par seulement un ou deux neurones (encadrés), sur les quelques 100 000 que contient le cerveau d'une drosophile, provoque leur inhibition (baisse de taux de calcium) et, in fine, un ralentissement de la ponte. Il est probable que cette baisse de ponte permette à la drosophile infectée d'allouer un maximum d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) à la lutte contre l'infection. Une fois l'infection contrôlée, le niveau de ponte revient à la normal. Il s'agit d'un cas d'immunité comportementale.
© Ambra Masuzzo.

Les chercheurs avaient montré dans une étude précédente que le comportement de ponte des drosophiles infectées par des bactéries était modifié, les femelles infectées pondant moins d'oeufs que leurs congénères saines. Ce travail apportait la preuve que la détection d'un composant majeur et universel de la paroi bactérienne, le peptidoglycane, par les neurones des drosophiles infectées altérait leur comportement. L'étape suivante était d'identifier précisément ces neurones et de démontrer comment ce composé bactérien pouvait modifier leur activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.).

Dans cette nouvelle publication, les chercheurs utilisent la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) des outils génétiques et moléculaires disponibles chez la drosophile pour démontrer qu'en agissant sur uniquement un ou deux neurones, parmi les 100 000 que contient le cerveau de drosophile, le composé bactérien altère le comportement de l'hôte. En utilisant l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait...) calcique qui permet de mesurer la concentration calcique intracellulaire, les auteurs démontrent que l'application directe du peptidoglycane bactérien in vivo ou ex vivo suffit à bloquer l'activité de ces neurones. Il reste à comprendre les mécanismes par lesquels la détection du peptidoglycane et l'activation (Activation peut faire référence à :) de la voie de signalisation NF-kB bloquent leur activité. Les mécanismes cellulaires qui permettent au peptidoglycane d'atteindre ces neurones en franchissant la barrière hématoencéphalique restent également à élucider.

Se pose maintenant la question de la généralisation (La généralisation est un procédé qui consiste à abstraire un ensemble de concepts ou d'objets en négligeant les détails de façon à ce qu'ils puissent être...) de ces découvertes aux vertébrés (Les vertébrés forment un sous-embranchement du règne animal. Ce taxon, qui dans sa version moderne exclut les myxines, est considéré comme monophylétique. Il...). Plusieurs éléments laissent penser que le mécanisme pourrait être conservé au-delà des invertébrés. D'une part, le peptidoglycane produit par les bactéries du microbiote (Le microbiote est une nouvelle dénomination de la microflore.) des souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie ou de laboratoire,...) a été détecté dans la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) sanguine et est capable de franchir la barrière hémato-encéphalique. Par ailleurs, des souris mutantes pour des récepteurs du peptidoglycane présentent des troubles du comportement et des interactions sociales. Le travail récemment publié ajoute une pièce importante au puzzle complexe qui régit les interactions entre le monde (Le mot monde peut désigner :) microbien et le système nerveux des eucaryotes.

Pour en savoir plus

Peptidoglycan-dependent NF-κB activation in a small subset of brain octopaminergic neurons controls female oviposition.
Masuzzo A, Manière G, Viallat-Lieutaud A, Avazeri É, Zugasti O, Grosjean Y, Kurz CL, Royet J.
Elife. 2019 Oct 29;8. pii: e50559. doi: 10.7554/eLife.50559.
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